（机械电子工程专业论文）支持并行工程的pdm过程管理技术研究.pdf

- 4j 1 南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 f 并行工程是集成地、协同地设计产品的系统化工作方式，而产品并行开发过程是 系统化工作方式的集中体现。因此，有效地组织与管理产品并行开发过程，是企业成 功实旅并行工程的关键。卜 本文首先通过面向对象的方法将产品并行开发过程的组织视图、产品信息视图、 资源视图、工作流图、活动甘特图、功能视图和约束视图集成起来，建立了产品并行 开发过程的集成多视图模型。 然后，运用关键路径法，对过程模型中活动进度安排进行了分析，并以时间成本 优化为目标对过程模型进行优化。 最后，在前面研究成果的基础上，针对金城并行工程实施中对p d m 过程管理技术 的实际要求，开发了j c - p d m 过程管理系统。该系统提供的产品开发协同工作环境， 有效地支持了金城并行工程的实施。 关键词：并行工程产品数据管理过程管理过程重组过程建模 第l 页 x 支持并行工程的p d m 过程管理技术研究 a b s t r a c t c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ( c e ) i sas y s t e m a t i ca p p r o a c hf o ri n t e g r a t e da n d c o o p e r a t i v ep r o d u c td e s i g n ，a n d b e h a v e se s p e c i a l ya s p r o d u c t c o n c u r r e n t d e v e l o p m e n t t h ek e yo fs u c c e s s f u l l yi m p l e m e n t i n gc o n c u r r e n te n g i n e e r i n gi s e f f e c t i v ep r o d u c tc o n c u r r e n td e v e l o p m e n t p r o c e s so r g a n i z m e n t a n d m a n g a g e m e n t f i r s t ，t h i sp a p e ri n t e g r a t e so r g a n i z a t i o nv i e w ，p r o d u c t i n f o r m a t i o n v i e w ，r e s o u r c ev i e w ，w o r k f l o wv i e w ，a c t i v i t yg a n t tg r a p h ，f u n c t i o n v i e wa n d c o n s t r a i n tv i e wb yt h eo b j e c t o r i e n t e dm e t h o d a n db u i l d sa n i n t e g r a t e d m u l t i v i e wm o d e lo fp r o d u c tc o n c u r r e n td e v e l o p m e n tp r o c e s s n e x t ，t h i sp a p e ru s e sc r i t i c a lp a t hm e t h o dt oa n a l y s et h es c h e d u l i n go f t h ep r o c e s sm o d e la n dm a k e st i m e c o s to p t i m i z a t i o n l a s t ，b a s e do nt h er e q u i r e m e n t st op r o c e s sm a n a g e m e n tt e c h n i q u e so fp d m o fj i n c h e n g si m p l e m e n t a t i o no fc e ，t h i sp a p e rd e v e l o p sj c p d mp r o c e s s m a n a g e m e n ts y s t e m t h ee n v i r o n m e n to fc o o p e r a t i v ep r o d u c td e v e l o p m e n tw h i c h t h e m a n a g e m e n t s y s t e mp r e s e n t ss u p p o r t s t h e i m p l e m e n t a t i o n o f c e e f f e c t i v e l y k e yw o r d s ：c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ，p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，p r o c e s sm a n g e m e n t p r o c e s sr e e n g i n e e r i n g ，p r o c e s sm o d u l i n g 第n 页 1 1 全球制造业竞争环境 第一章绪论 现代信息技术( 特别是网络和数据库技术) 的迅速发展加快了全球经济一体化的 进程，也进一步加剧全球市场的竞争，使企业面临越来越严峻的挑战。企业为了赢得 市场竞争，也不断地改变经营策略。7 0 年代以前，企业间竞争焦点是生产规模和产品 成本。8 0 年代的竞争焦点则是满足用户需求和综合的上市时间、产品质量、产品成 本和售后服务( t q c s ) 指标。而9 0 年代的市场竞争则把在最短的时间开发出质量最高 的、用户可接受的新产品当作第一要旨。 随着科学技术的进步、社会生活水平的提高，人们对产品的要求越来越高，往往 要求更加符合个性的、社会的、文化的产品。企业的经营策略也已转到一切以用户为 中心，基于用户考虑一切，将用户的需求转换成实际的产品和服务。产品质量的概念 己不再是单纯地满足设计要求，而是用户对产品的满意度。同时，新产品的开发周期 过长，又不利于保持产品对用户的吸引力。因此，在未来消费者导向的时代，如何对 市场环境急剧变化作出快速反应，及时掌握用户需求，有效地生产和提供令用户满 意的产品和服务，是2 l 世纪制造业面临的挑战。 1 2 国内制造业发展现状 改革开放2 0 多年来，我国国民经济始终保持快速稳定发展的势头。取得了巨大 成就。但国有大中型企业，尤其是作为国家综合国力基础的机械制造业的发展普遍不 景气，在市场竞争中处于十分被动的局面。我国机械制造业的规模相当庞大。从业人 员超过2 0 0 0 多万，但产品落后，劳动生产率低下，经济效益差。出现这种问题的原 因可能是多方面的，但以下两点是我国许多制造企业共同存在的问题。 ( 1 ) 企业的经营管理体制问题 i i 前我国的企业大多数还是采用传统的大而全或小而全的经营模式。它们强调大 批量生产，实行大规模、大批量、标准化的商品生产，以达到高效率、低成本的经济 效果，即追求生产规模的经济性。这种“纺锤形”企业模式建立在刚性自动化的生产 技术上，只重视加工能力，忽视产品开发和市场开拓。这些企业没有自己的产品开发 能力或者自主开发能力很弱。表卜1 是我国与一些工业发达国家部分行业r & d 投入比 重的比较。 第1 页 支持并行工程的p d m 过程管理技术研究 表卜1 中国与工业发达国家部分行业r l t l ) 投入比重的比较 产品类别中国美国日本英国法国 1 9 9 5 正1 9 8 7 链1 9 8 5 焦1 9 8 4 正1 9 8 6 焦 机械制造业 o 6 82 1 42 0 32 1 52 1 8 电子产业 1 4 05 5 89 7 l 航空航天 8 1 92 2 3 54 8 71 4 2 02 3 o 仪器仪表 0 8 52 9 24 9 92 5 32 7 9 电气设备 0 9 24 5 13 6 87 5 1 从表中可以看出我国企业对研发不太重视，投入普遍偏低，严重影响了企业产品 开发能力的培养和提高。这种企业模式已不适应未来动态多变、不可预知的市场。当 市场需求一旦出现变化，它们的应变能力很低，往往是企业生产得越多，亏本得越多， 从而使企业丧失竞争力。 ( 2 ) 产品开发模式问题 一些具有一定产品开发能力的企业在产品开发的多个阶段引入了计算机辅助工 具，如c a d 、c a m 、c a e 、c a p p 、m i s 、m r p i i 等，有的还实施了c i m s7 - 程，在企业这 一层次上解决了“自动化孤岛”中的信息集成问题。尽管这些企业已通过提高自动化 程度和信息集成技术改善了生产条件，获得了显著的经济效益。但长期以来，新产品 开发和试制沿用传统的“抛过墙”式的串行开发模式，即采用功能部门制，设计、制 造等功能部门之间各自为政。产品开发的各个阶段是顺序且孤立的，开发人员缺乏相 应的技术手段，不能在开发早期很好地考虑后期的可制造性、可装配性和质量保证等 因素，导致各阶段之间存在很多反馈，而且这些反馈均是跨阶段的大反馈。反馈修改 的次数越多，产品开发周期就越长，从而使企业失去利用该产品占领市场的最佳时机。 1 3 课题提出 企业传统的经营和开发模式已逐渐不适应现在多品种，中小批量生产和大规模定 制占主导地位的市场环境，因此增强企业产品开发能力与提高企业管理水平是我国企 业在今后相当长时间内需要解决的两个问题。同时，对国内外企业的调查和分析也表 明：企业组织结构的改进是企业从应用技术中获得更大潜在效益的重要因素，改进产 品的开发过程比改进产品的生产过程获得的效益更为显著。基于这一认识，八十年代 末开始引入了并行工程的思想哲理。 并行工程( c o n c u r r e n te n g l n e e r i n g ，c e ) 是以c i m s 信息集成技术为基础发展 而来的，主要是针对产品开发领域而提出的解决方案。并行工程以缩短产品开发周期、 降低成本、提高质量为目标，把传统的制造技术与先进的管理思想、计算机技术、系 第2 页 统工程技术和自动化技术结合起来，采用集成化和并行化的思想设计产品及其相关过 程。它站在产品设计、制造全过程的高度，打破传统的组织结构带来的部门分割封闭 的观念，在产品开发的早期就考虑产品生命周期中相关环节的影响，将串行设计中的 大循环转化为若干个局部的小循环，力争设计一次完成，并且将产品开发过程的其它 阶段尽量提前。并行工程在原有信息集成基础上，更强调功能和过程上的集成，并在 优化和重组产品开发过程的同时，不仅要实现多学科领域专家群体协同工作，而且要 求把产品信息和开发过程有机地集成起来，做到把正确的信息、在正确时间、以正确 的方式、传递给正确的人。为了满足这个目标，离不开集分布计算环境下的信息管理、 过程跟踪与应用集成功能于一体的框架系统的支持。 产品数据管理( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，p d m ) 是近年来出现的一种数据管理 和信息集成技术，它以产品这一与企业联系最为密切、最能体现企业特点的概念为线 索，对与产品整个生命周期相关的产品结构、开发过程和开发人员等信息进行统一的 管理，解决了诸如版本控制、权限管理以及数据冗余等问题。p d m 支持异构计算机环 境，包括不同的网络与数据库：其次，能实现产品数据的统一管理和共享，提供单一 的产品数据源：再有，p d m 能方便地实现对应用工具的封装，提供应用系统间信息传 递与交换的平台；最后，它可以提供过程管理与监控，为并行工程中的过程集成提供 主要的支持。综合上述四个方面，p d m 在突出产品数据管理基础上，可以为并行工程 实施提供强有力的自动化环境。因此，企业往往选择p d m 作为实旋并行工程的集成框 架技术。 产品开发过程是一个产品模型逐步生成的过程，过程中的各种计算机辅助工具将 产生大量的图文档数据。同时，由于产品并行开发的复杂性与技术先进性，使它对企 业中产品信息管理和过程的定义、描述与管理也提出了更具挑战性的要求，尤其是在 过程管理方面，必须对集成产品开发团队的协同工作过程进行有效的管理。然而，在 为并行工程提供支持的p d m 技术中，对并行开发过程进行管理与控制一直是急待解决 的一项技术难题。目前大多数p d m 商品化软件都通过工作流管理模块来提供过程管理 的功能，侧重于工作流的自动化调度与控制，没有体现全方位的过程管理和人机协同 工作的策略；它们缺乏对产品并行开发过程的系统研究，尤其是处理并行开发任务分 布性、复杂性和协同性方面所作的工作还比较缺乏，难以适应不同企业实旌并行工程 的需要，给企业用户化带来比较大的困难；它们的项目管理功能很弱甚至没有，而真 正的项目管理可以在产品开发项目的实施过程中对其计划、组织、人员及相关的数据 进行管理与配置，对项目的运行状态进行监视，并完成计划的反馈。它对缩短产品开 发周期，提高企业的反应能力，适应不同产品需求具有重要作用。 以上分析可以看出，目前的p d m 过程管理技术还不能很好地支持并行工程。而真 正要实现对与产品有关的信息、过程、人员组织的全面、有效的管理，又不能脱离 p d m 的支撑环境，必须充分利用p d m 的集成框架作用。因此，本文将对支持并行工程 的p d m 过程管理技术进行研究，将研究的成果应用于p d m 过程管理系统的开发。 、 第3 页 支持并行工程的p d m 过程管理技术研究 1 4 课题研究内容与重要意义 企业要实施并行工程，必须重组产品开发过程，将传统的串行开发过程改进为并 行开发过程，实现基于产品信息的过程集成。为此，首先要建立能够充分反映企业产 品并行开发过程各方面信息的产品并行开发过程模型，并对模型进行优化，用优化的 过程模型指导产品并行开发过程的组织与管理。其次，必须充分利用过程建模和优化 的成果，开发出实用的p d m 过程管理系统，实现对产品并行开发过程的有效管理。本 文对支持并行工程的p d m 过程管理技术研究的总体框架如图l 一1 。 i 产品信ll 组织ll 资源ll 工作流il 活动li 功能li 约束【 l 息视图ii 视图jl 视图ll 视图ii 甘特图li 视图i 视图i 之乡 采用面向对象方法集成为产品并行开发过程的集成多视图模型 鲁上彳f 雀 采用关键路径法对过程模型进行分析优化 彳卜 过程管理系统 j 工作流程管理i 项目管理ii 用户管理ii 集成工具管理i 彳 基于关系型数据库管理系统结合面向对象技术建立p d i 环境 图卜1 支持并行工程的p d m 过程管理技术研究总体框架 本文首先对并行工程下产品开发过程进行全面、本质的分析，建立了描述产品并 行开发过程不同侧面的多个视图模型，如产品信息视图、组织视图、资源视图、工作 流视图、活动甘特图、功能视图和约束视图等。 然后，采用面向对象方法分析产品并行开发过程所涉及的重要元素( 过程、活动、 项目、产品、人员、资源、信息、角色等) ，并将描述产品开发过程的多个视图集成 起来，建立产品并行开发过程的集成多视图模型。该模型能精确反映过程管理的对象 组成、功能结构、信息流动和消息传递机制，可以直接应用到支持并行工程的p d m 过程管理系统的开发。 针对所建产品并行开发过程模型，采用关键路径法，对开发过程的活动进度安排 进行分析，并以缩短开发时间和降低开发成本为优化目标对过程模型进行优化。优化 后的模型能够指导企业有效地组织与管理产品并行开发过程。 第4 页 南京航空航天大学硕士学位论文 最后，本文结合金城集团并行工程实施和产品数据管理系统开发项目，在前面研 究成果的基础上，采取人机结合面向任务的过程管理策略，同时加强项目管理功能， 在金城p d m ( 简称j c p d m ) 总体设计基础上，设计并开发了j c - p d m 过程管理系统。 该系统包含工作流程管理、项目管理、集成工具管理和用户管理等功能模块，能实现 对产品并行开发过程的管理和控制，从而有效地管理金城集团的产品并行开发过程， 支持金城并行工程的实施。 第5 页 支持并行工程的p d m 过程管理技术研究 2 1 并行工程方法 第二章并行工程的实施 据统计资料分析表明，一般产品成本的约8 3 以上是由产品开发早期阶段概 念设计、详细设计及加工过程设计所决定的，而这一阶段本身所需费用仅占产品全部 成本的7 以下，如图2 一l 所示。由于用户对产品的要求更加个性化，产品开发周期 越来越长；而且随着用户对功能的要求逐步提高和不断变化，产品使用周期越来越短， 如图2 - 2 所示。因此，迫切要求企业采用新的产品开发手段，能在设计的早期就对产 品生命周期中的各种因素考虑周全，减少反复修改的次数，从而缩短产品开发周期、 提高产品质量、降低产品成本。 7 6 聱s 4 3 2 l 详细设计豫墅制逢80 8 28 48 68 8 哪9 29 4 蛳 图2 1 产品开发过程一成本曲线图2 2 产品开发周期一使用周期分析 1 9 8 8 年美国国家防御分析研究所( i d a - - i n s t i t u t eo fd e f e n s ea n a l y z e ) 完整 地提出了并行工程( c e - - c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ) 的概念，即“并行工程是集成地、 并行地设计产品及其相关过程( 包括制造过程和支持过程) 的系统方法。这种方法要 求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有 因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。”并行工程的目标是提高质量、降 低成本、缩短产品开发周期和产品上市时间，因此，它的出现符合日趋激烈的市场形 势的要求。 并行工程的目标，主要通过以下方法来实现： ( 1 )产品设计与其有关过程的并行进行，使产品开发周期减少4 0 6 0 。 ( 2 )多功能开发小组一体化进行产品及其相关过程的设计，使生产成本降低3 0 4 0 。 ( 3 )产品及有关过程的并行优化使产品报废及工作反复减少7 5 。 ( 4 )设计质量改进，使早期生产中工程变更的次数减少一半以上。 第6 页 南京航空航天大学硕士学位论文 并行工程自提出以来，引起了各国的政府部门、学术界和工业界的高度重视，并 迅速由研究走向应用开发。在国外，并行工程已成功地应用于航空、航天、电子、汽 车等领域。这对我国的制造业既是挑战。也是机遇。我国对此也非常重视，国家科委 从战略的高度出发，将并行工程设立为c i m s 关键技术攻关项目，作为c i m s 进一步 发展的方向。 2 2 并行工程实施的关键技术 并行工程是集成地、并行地设计产品及相关过程的系统化方法，它要求产品开发 人员从设计一开始即考虑产品生命周期中的各种因素。并行工程的实施需要解决以下 四个问题： ( 1 )过程重组从传统的串行产品开发过程转变成集成的、并行的产品开发过程。 ( 2 )产品开发队伍重构将传统的部门制或专业组变成以产品( 型号) 为主线的多 功能产品开发团队。 ( 3 )数字化产品定义包括两方面内容，即：数字化产品模型和产品生命周期数据 管理( p d m ) ；数字化工具定义，如c a d 、c a e 、c a p p 、c a m 、c a f d 、d f a 、d f m 、 m p s 等。 ( 4 )协同工作环境用于支持团队异地协同工作的网络、通信、数据库及计算机系 统。 解决这几个问题的关键技术是紧密相关的。其中，产品开发过程重组是企业实施 并行工程的第一步，也是最重要的一步，它将决定产品开发团队人员的配置，确定实 现产品全数字定义还需要增加哪些软件工具，并对计算机支持的协同工作环境与产品 数据管理提出具体要求。而产品数据管理是协同工作环境的重要组成部分，通过它可 以对与产品开发有关的流程、人员配置、产品数据进行管理，并集成开发工具。 2 2 1 产品开发过程重组 企业要实施并行工程，必须对企业原有的串行产品开发过程进行分析，用并行工 程思想将其重组为并行产品开发过程。 2 2 2 1 产品串行开发过程 传统的产品开发主要采用串行工作模式。其流程如图2 3 所示。 第7 页 支持并行工程的p d m 过程管理技术研究 用户需求和市场分 l 望窆h 燮： 型瞩 1皇 l 一 i 艺审查i 样机试制 与评测 试制与评 旖工设计 工 小批试制 磊弄臣蠢 l 生主登鱼i 销售服务、 户访问 频 繁 般 偶 尔 图2 3 产品串行开发过程 首先由市场调查部门分析消费者或客户的需求，并将销售计划提交给计划部门， 计划部门分析生产中的技术需求，然后将信息提交给产品设计小组，由设计小组独自 设计、开发产品、直至完成。最后，设计原型被送去生产，制造工程师安排产品的大 批量生产。在产品串行开发过程中，各阶段的工作是按顺序方式进行的，前一阶段的 工作完成后，后一阶段的工作才开始。但是，开发过程中某个阶段的输出往往并非最 佳方案，甚至存在错误。而这些问题往往要在设计后期，甚至在制造阶段才被发现， 这样就形成了设计一制造一设计修改一重新制造的大循环，造成产品开发周期过长， 开发成本过高，质量无法保证等问题。 企业在产品开发过程中计算机辅助工具的应用，如c a d 、c a m 、c a p p 等，只是使 离散的各个阶段的产品设计过程自动化，减少各阶段所用的时间。但是，由于串行开 发模式没有改变，开发过程中更改频繁，设计过程时间长，成本高等问题就不能得到 根本解决。因此，企业要进一步提高产品开发效率，就必须对传统的串行开发过程加 以改进。 2 2 2 2 产品并行开发过程 企业已有产品开发经验表明，对于产品开发过程，只要当某个阶段的某些信息得 到确认时，即使该阶段的工作还没有全部结束，若其后阶段的相关过程在理解前一阶 第8 页 南京航空航天大学硕士学位论文 段已做工作和输出信息的基础上，能得到过程自身开始所需的信息，则可以开始该过 程的部分工作。过程中持续的信息输出与传送使阶段工作逐步完善，直至工作完成。 这也是并行工程思想在产品开发过程中的体现。 产品并行开发过程就是在充分分析传统的串行开发过程的基础上用上述思想重 组产品开发过程后得到的。它是集成地、协同地设计产品的系统化工作模式。它的流 程如图2 - 4 所示。 用户需求和市场分析 蹋馨h 黜 d f a l 一技术设计 d 刚jj 壶丽丽一i j - l 雾 逖 锱卜 较 少 较 少 图2 4 产品并行开发过程 这种工作模式力图使开发人员从一开始就考虑到产品的生命周期，在产品设计的 同时考虑其相关过程，包括加工工艺、装配、检测、质量保证、销售、维护等。通过 将产品开发过程分解成许多阶段，每个阶段有自己的时间段，组成全过程。产品开发 过程中的各阶段工作的交叉进行使时间段之间有一部分相互重叠，也使设计人员及早 发现与其相关过程不相匹配的地方，及时评估、决策，达到缩短产品开发周期、提高 质量、降低成本的目的。 与产品串行开发相比，产品并行开发具有如下特点： ( 1 )强调开发过程的集成性产品并行开发采用集成团队工作方式，通过计算机网 络将产品寿命周期各个方面的专家，集中在一个协同工作环境下，形成专门的 工作小组，大家协同工作，随时对设计出的产品和零件从各个方面进行审查， 力求使设计出的产品便于加工、便于装配、便于运送、外观美、成本低、便于 使用等。 第9 页 一 支持并行工程的p d m 过程管理技术研究 ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) 强调开发过程的并行性并行性有两个方面的含义：其一是在设计过程中通过 专家把关，同时考虑产品寿命周期的各个方面：其二是根据设计阶段的预发布 信息进行工艺过程设计，并对工艺设计结果和加工制造过程进行计算机仿真， 直到用快速原型制造系统快速生产出产品的样件。这种方式与传统的工艺设计 需在设计全部完成后进行大不相同。 强调开发过程的系统性在并行开发中，设计、制造、管理等过程不再是一个 个相互独立的单元，而是将它们纳入一个系统来考虑。设计过程不仅出图样和 其它设计资料，还要进行质量控制，成本核算，也要产生进度计划等。这种工 作方式是对传统管理机制的一种挑战。 强调设计过程的快速“短”反馈并行开发变长反馈为短反馈，它强调对设计 结果及时进行审查，并随时反馈给设计人员。这样不仅可以大大缩短设计周期， 还可以保证将错误消灭在“萌芽”状态，避免了在制造阶段或使用后再返回去 要求修改设计的问题。 2 2 2 组建产品开发团队 实施并行工程的第二步是：组建产品开发团队。团队是9 0 年代企业组织机构的 核心，利用集体的智慧，协同工作可以比其他任何方式更有效。 产品设计、制造涉及的专业较多，参与工作的部门也较多。团队成员来自不同的 工作环境，每个人的经历和工作经验不同，有着不同的工作方式，且具有不同的文化 背景，因此，在组建产品团队时，要充分考虑影响团队工作的诸多因素，达到相关因 素的均衡。为此，对参加团队工作的人员提出了更高的要求，除具有良好的技术素质 外，还必须具有良好的合作精神。也就是说，要具有良好的团队文化，建立一种轻松 的文化氛围，并充分注重个人的差异，使团队成员感到自己存在的价值，每个成员都 能全力以赴地投入工作：同时，团队成员具有平等的权力，敢于发表个人的见解，避 免出现独裁。为了使团队朝着健康的方向发展，实现团队的目标，团队成员必须做到： 相互信任、相互关心、相互支持、相互帮助、相互尊重、相互鼓励、相互配合。 产品开发团队由团队发起人、团队领导、团队促进者、团队记录员、团队记时员、 一般团队成员等组成。团队目标、计划、经费、团队成员的职责和任务在团队宪章中 明确给出。团队按以下方式开展工作： ( 1 )团队成员来自不同的部门，并被授权： ( 2 )团队成员对产品负责，相互依赖； ( 3 )团队成员在协同环境中工作，在产品开发的早期阶段充分考虑影响产品的所有 因素； ( 4 1采用并行工程技术和方法，实施信息预发布、设计评审及反馈； ( 5 )采用并行的产品开发模式，按工作流程开发产品； 第1 0 页 南京航空航天大学硕士学位论文 ( 6 )定期组织团队会议，进行信息交流、讨论，进行团队决策，确保团队向其目标 前进； ( 7 )采用产品数字定义、d f a 、d f m 、c a p p 、c a f d 、m p s 等设计工具和团队协 同工作工具； ( 8 )团队成员有平等权力阐述个人的见解，以积极的态度解决团队冲突，避免独裁。 2 2 3 建立支持团队工作的协同工作环境 实施并行工程不仅要改进产品开发流程，建立基于产品的团队，而且要建立支持 团队工作的协同工作环境，即把支持产品开发的工具和团队工具集成在统一的环境 中，在信息集成的基础上，实现过程控制与管理。 协同工作环境支持庞大的、异地分布的团队工作，无缝支持现有应用程序、在线 信息预发布。团队的成员只需要较少的训练，即能使用该环境。尽可能把团队成员熟 悉的应用程序集成在环境中，这样既可以保证企业现有投资，也会减少用户的阻力， 充分发挥开发工具的作用。 计算机支持协同工作环境为团队的成员实现团队的目标，进行创造性的工作提 供了便利条件，团队成员仅需在自己的终端便可获得所需的产品、非产品信息，对产 品开发过程中的阶段设计结果进行评审和信息反馈。协同工作环境确保产品信息在 p d m 控制下按流程传递，团队成员在正确的时刻，接到正确的信息，完成自己的任 务。 协同工作环境由计算机网络、计算机硬件、产品数据管理系统、数据库、产品开 发软件、团队协同工作工具等组成。建立协同工作环境时，需要研究系统的集成方案。 除了考虑计算机硬件、网络、数据库、产品数据管理系统、团队协同工作工等配置外， 还要考虑开发工具软件在集成系统中的配置，其目的是为了合理安排软件工具，更好 地发挥工具的作用。根据产品开发流程，团队成员在环境中，使用产品开发工具协同 工作，共同开发产品。 2 2 4p d m 一并行工程实施的集成框架 实施并行工程的另一个关键是：实施p d m 。实施p d m 与协同工作环节是紧密相 关的，p d m 系统是协同工作环境的重要组成部分，通过构架在关系数据库之上的p d m 系统，可以实现企业异构、分布式计算机环境中各类应用系统的信息集成、功能集成 和过程集成。 第1 i 页 支持并行工程的p d m 过程管理技术研究 2 2 4 1 p d m 的基本概念 p d m 的概念起源于8 0 年代末期，到目前为止，尚无一个确切而完整的定义。专 门从事p d m 和c i m 相关技术咨询业务的c i m d a t a 公司给出的定义是：“p d m 是一 项用于管理所有与产品相关的信息和所有与产品的相关过程的技术”。而g a r t n e r g r o u p 公司为p d m 所作的定义为：p d m 是以软件技术为基础，以产品为核心，实现 对产品相关的数据、过程和资源进行一体化集成管理的技术。与产品有关的数据信息 包括任何属于产品的数据，如c a d c a p p ，c ，c a e 的文件，材料清单、电子表格、 生产成本、供应商的状态等等。与产品有关的过程包括加工工序、加工路线、过程的 审批权限、版本、工作流程、人员组织等。 p d m 作为近几十年来新出现的技术，继承并发展了工程数据库、产品数据交换、 企业业务重组等技术的核心思想，通过计算机网络和数据库技术，把企业生产过程中 所有与产品相关的信息和过程集成起来，在系统工程思想的指导下，用整体优化的观 念对产品全生命周期的数据和企业业务过程进行管理，使产品数据在其生命周期内保 持一致，最新和安全，从而缩短产品研发周期、降低成本、提高质量、改善性能，使 企业赢得主动权和竞争优势。其核心思想是；通过数据共享、人员协调、过程优化等 手段，解决企业生产中的瓶颈问题，缩短产品研制周期，实现全面质量管理。 2 2 4 2p d m 的体系结构和特点 雨司甲 c 黑a x 鬟* 臣匾 i应用系统lo 1 o 系统集il 项目li 图文档l l 工作流il 产品结构| | 分类检 成工具ii 管理li 管理ji 程管理ii 配置管理| | 索管理 网络及数据库接口 操作系统网络和关系数据库管理系统 图2 5p d m 系统的体系结构 由于这些系统在结构上的类似，使它们有如下共同特点： ( 1 ) 采用面向对象的开发体系结构，为用户根据企业实际情况进行用户化和功能扩 第1 2 页 南京航空航天大学硕士学位论文 展提供支持，并对于多种应用软件留有标准接口，如与企业管理信息系统的接 口，c a d 系统的接口等； ( 2 )采用客户服务器的结构，为实现多用户协同工作提供一个方便灵活的运行方 式； ( 3 )为用户提供开发接口，从而为用户进行二次开发或集成其它应用软件打下基 础； ( 4 )支持多种数据存储，如分布式数据存储、元数据存储： ( 5 )支持多种网络通讯协议，如t c p i p 、n o v e l l 等； ( 6 )支持不同的硬件平台：如s g i 、s u n 、i b mp c 及其兼容机等； ( 7 )支持多种操作系统：如u n i x 、s u n - o s 、w m d o w s 9 5 9 8 n t 等； ( 8 )有与之紧密集成的c a d c a m 软件。 2 2 4 3p d m 的主要功能 p d m 系统为企业提供了一种宏观管理和控制所有与产品相关信息的机制，覆盖 了产品生命周期内的全部信息。随着计算机信息技术的发展，p d m 的功能也不断增 加。目前p d m 系统主要包括图文档管理、产品结构管理、产品配置管理、工作流程 管理、分类与查询管理、项目管理等功能。以下是这些功能的简单介绍。 1 图文档管理 p d m 管理的是产品整个生命周期中所包含的数据。这些数据包括：工程设计与 分析数据、产品模型数据、产品图形数据、专家知识与推理规则及产品的加工数据等。 它们对应的文档为原始文档、设计文档、工艺文档、生产计划管理文档、销售维修服 务文档和专用文档。 电子仓库是p d m 图文档管理的核心，用户可以利用它来管理存储与异构介质上 的产品电子文档。电子仓库一般建立在关系数据库( 如o r a c l e ) 的基础上，主要保证 数据的安全性和完整性，并支持各种查询和检索功能。通过建立在数据之上的相关指 针，建立异构产品数据之间的联系，实现文档的层次与联系控制。用户可以利用电子 仓库来管理存储与异构介质上的产品电子文档。 2 产品结构管理 这一功能以电子仓库为底层支持，以物料清单( b o m ) 为其组织核心。把定义 最终产品的所有工程数据和文档联系起来，对产品对象及其相互之间的关系进行维护 和管理。用户对每个产品依据其相互之间的层次关系建立产品结构树，统一管理产品 设计过程中产生的所有信息。产品结构树以产品为根结点，产品部件为分支，产品中 最小组成单元为叶子，每个结点中存放零部件图号，与产品相关的信息以零部件图号 为关键字，构成完整的产品结构树。结构树不受产品组成层次的限制，有很强的适用 性。 第1 3 页 支持并行工程的p d m 过程管理技术研究 3 产品配置管理 产品配置管理是在产品结构管理的基础上，通过编辑产品树状结构目录和产品组 成表对产品结构树进行修改、删除、插入等工作，配置组成产品的零部件，重新生成 产品结构树。通常产品配置管理可实现可选件、替代件管理，产品谱系管理和产品状 态管理。 4 工作流程管理 工作流程管理主要实现产品设计与修改过程的跟踪与控制，包括工程数据的提交 和修改、管理与监督、文档的分布控制和自动通知功能等。它是项目管理的基础，能 对各种设计任务进行制定，并将任务赋予相应的设计人员( 任务承担者) 。它主要管 理当一个用户对数据进行操作时会发生的情况、人与人之间的数据流动以及在一个项 目的生命周期内跟踪所有事务和数据的活动。修改后的产品数据经提交、审批及最好 归档变为新版本的产品数据。这一模块为产品开发过程的自动管理提供了保证，并支 持企业产品开发过程重组，以获得最大的经济效益。 5 分类与检索管理 p d m 系统需要管理大量的数据，为了较好地建立、使用与维护这些数据，p d m 系统提供了快速方便的分类技术。它与面向对象的技术相结合，将具有相似特性的数 据与过程分为一类，并赋予一定的属性和方法，使用户能够在分布式环境中高效查询 文档、数据、零件等对象。 6 项目管理 项目管理是产品数据管理的重要组成部分，它建立在工作流程管理基础上。项目 管理是在项目的实施过程中对其计划、组织、人员及相关的数据进行管理和配置，对 项目的运行状态进行监视，并完成计划的反馈。项目管理将复杂产品的开发过程分解 为若干个子过程，并将与产品有关的人员和资源分配给这些过程，从而降低了产品项 目管理的复杂程度，为控制项目开发的时间和费用、协调项目开发活动和保证项目的 运行提供了一个良好的可视化工具。 2 2 4 4p 嘣系统的实施 企业要通过p d m 系统实现产品数据管理，必须将与企业产品开发有关的流程、 人员配置、开发工具等集成到p d m 中，同时，要求具有一定的素质的团队成员来管 理和控制p d m 系统。p d m 系统实施的具体细节如下： 归纳产品开发过程中产生的数据，建立产品数据电予仓库，以便实现对产品的所 有数据和文件的管理。在p d m 系统控制下，用户可获得所有相关的产品信息。 将产品开发的并行流程装入p d m 系统，实现对产品丌发过程的管理与控制。 将某些应用软件封装到p d m 系统中，通过调用应用程序进行产品设计与修改。 根据产品开发过程中开发人员的权限，确定产品开发团队成员的权限，工作空间， 第1 4 页 南京航空航天大学硕士学位论文 实现对人员的管理。 根据产品开发流程，实现版本与变更管理，确保版本的一致性与安全性。 基于开发流程，实现在线信息发布，确保及时、准确地将数字化产品数据传到正 确的开发人员的终端，进行下游设计、设计修改，以及设计评审。 建立产品结构树，实现产品配置管理，为制造提供符合要求的装配信息、物料清 单等。 第1 5 页 支持并行工程的p d m 过程管理技术研究 第三章产品并行开发过程建模 3 1 过程建模总体方案 3 1 1 过程建模的必要性 产品的开发过程是一个复杂的创造过程，是对产品的设计参数不断求解、细化的 过程。在产品设计阶段考虑产品后序阶段的诸因素的并行开发方法，从设计参数角度 来看，就是对影响后序阶段参数确定的当前阶段的参数进行分析、确认。实现并行开 发的主要关键技术之一就是要有一个统一的、完整的产品开发过程信息主模型描述， 表达产品的整个生命周期内各个阶段所需要的信息，实现数据共享。它能将产品开发 过程数据定义成多个对象，这些对象的组合可以构成面向不同应用领域对象( 视图) ， 各个开发过程在同一个开发过程主模型上操作，保证过程数据的一致性和安全性，如 图3 1 所示。 3 1 2 过程建模的要求 图3 1 支持并行开发的信息共享 过程建模是一种系统化方法，描述的是产品开发中的各种工程活动，这些工程活 动产生各种产品设计结果和加工工艺等产品相关信息，其目的是优化产品开发过程、 工具及其支撑框架。一般来说，产品开发过程模型应着重描述以下几个方面的内容， 即：( 1 ) 完成产品开发的整个过程；( 2 ) 完成一个过程的任务、动作和步骤的秩序； ( 3 ) 产品结构；( 4 ) 定义产品开发过程的组织模式；( 5 ) 给出每一个过程、任务 和动作所采用的工具；( 6 ) 协调各子过程的相互关系。 第1 6 页 南京航空航天大学硕士学位论文 根据并行工程的思想，产品并行开发过程管理必须使原本意义上的串行活动能够 以并行的方式进行，把大循环转化成小循环，这就大大增加了过程建模的复杂性，相 应地也对过程模型提出了许多新的要求： ( 1 )由于产品设计活动是极富创造性的活动，在很多情况下，预先定义好所有设计 过程是不太可能的，因此，过程模型必须支持动态修改和扩充； ( 2 )设计活动的反馈和循环是不可避免的，当后续的设计活动中发现了错误，及时 的信息反馈和重新发布也是并行工程的要求； ( 3 )根据过程并行的观点，为了缩短整个产品的设计时间，过程模型应能够支持阶 段性设计结果的预发布，而不必等到某个活动完全结束后，其后续活动才能开 始； ( 4 )产品数据模型和过程模型应该紧密集成，应尽力避免产品数据模型和过程模型 在概念上的不一致，否则无法实现对产品数据( 包括产品本身信息和产品相关过 程信息) 统一管理。 3 1 3 集成多视图建模方法 产品开发过程主要由以下要素组成：1 ) 过程，如产品开发过程由概念设计、详 细设计、加工过程设计和制造等予过程组成；2 ) 活动，如概念设计和详细设计等活 动：3 ) 信息，活动输入和输出信息，如概念设计输入信息为产品设计技术要求，输 出信息为概念设计报告：4 ) 产品，以及组成产品的零部件；5 ) 资源，完成产品开发 的各种工具，如c a d 、c a e 、d f m 、d f a 、c a m 和仿真等应用软件：6 ) 组织，在 开发项目中承担角色的工作组或个人。 这些要素在产品并行开发过程模型中的重要性在于，如果缺少其中某一要素信 息，产品并行开发过程的组织和管理就会因信息不全而难以进行。因此，应该全面、 客观地描述产品并行开发过程，建立反映并行开发过程的本质和特征的过程模型，从 而为并行开发过程的管理与控制提供分析和研究的基础。本文采用的集成多视图建模 方法正是基于这样一种思想。集成多视图建模方法，就是在统一建模环境下从开发活 动、产品信息、组织结构和企业资源等方面分别建立相应的视图模型。如工作流视图、 产品信息视图、组织视图、资源视图等，并通过集成化方法实现视图间的集成，建立 产品并行开发过程模型。 传统集成多视图过程模型只包含产品开发要素对应的工作流视图、产品信息视 图、组织视图和资源视图。为了使所建模型能描述产品开发过程的功能结构，本文增 加功能视图，它反映了过程、产品信息、组织和资源之间关系。同时增加了反映过程 进度安排的活动甘特图，以便于进行项目管理。另外，由于产品并行开发过程具有随 机性、复杂性和冲突性，增加约束视图以描述过程和活动中的各种复杂关系。因此， 本文建立的产品并行开发过程集成多视图模型将包含以下视图：产品信息视图、组织 笫1 7 页 支持并行工程的p d m 过程管理技术研究 视图、资源视图、工作流视图、活动甘特图、功能视图以及约束视图。这样，所建过 程模型将更加全面的描述整个产品并行开发过程，反映过程管理的对象组成、功能结 构、信息流动和消息传递机理，具有可操作性，能够直接应用于支持并行工程的p d m 过程管理系统的开发。图3 2 是本文产品并行开发过程的集成多视图模型框架。 图3 2 集成多视图过程模型框架 3 2 产品并行开发过程的多个视图模型 3 2 1 产品信息视图 产品信息视图描述的是产品的零部件组成关系，产品零部件的设计信息和产品的 中间形态及相关的设计信息，以及相应的设计文档、版本、权限和更新信息。本文采 用产品信息树的结构形式，建立了如图3 3 所示的产品信息视图模型。 第1 s 页 南京航空航天大学硕士学位论文 3 2 2 组织视图 图3 - 3 产品信息视图模型 组织视图描述组织结构，包括人员的项目归属、部门归属，活动分工、权限分配 和责任定义。常见的递阶式管理的特点是明确分工，每个成员向上负责，通过统一指 挥实现协调，其组织结构是递阶状。项目管理的特点是，明确的目标，弹性的约束， 成员获得部分自治，通过详细的计划制定和严格执行来保障协调，约束的弹性使得可 以就资源配置、活动调度进行优化。为了适应耳前企业实施并行工程的环境，本文通 过建立集成产品开发团队( i n t e g r a t e dp r o d u c tt e a m ：i p t ) ，采取矩阵组织形式，从而 将传统的组织结构与按产品( 项目) 建立组织结构两者的优点结合起来。i p t 的结构 形式如图3 4 所示。 第1 9 页 支持并行工程的p d m 过程管理技术研究 早项目 任务 项目组成员 图3 4 集成产品开发团队结构 i p t 的特点如下： 1 ) i p t 是按产品结构的纵向线划分的，根据产品的零部件组成方式，i p t 是递阶层次 关系。 2 ) i p t 的成员来自各功能部门，